한 번에 여러 이미지를 얻을 수 있는 기술이 있다구요 ? -1탄- Multifield™ 기술

[카메라 기술 백서 #13] Multifield™ 기술

 

검사 대상체의 다양한 불량을 찾아내기 위해 다조건의 조명을 이용하는 경우가 많아지고 있다. 

 

다른 조명의 간섭 없이 각 조명의 이미지를 취득할 수 있는 다 조건 조명 효과 방법으로는 

1) 각 조명마다 따로 스캔하는 방법(3번 스캔 or 3set의 카메라, 렌즈, 조명 사용)

2) 조명의 순차적인 스트로빙을 이용하여 한 번에 스캔하는 방법

3) 그리고 다조건 조명 설정 시 각 조명조건의 파장을 다르게 선정하여 밴드 분리로 Multifield 이미지를 얻는 방법 등이 있다. 

 

이번 글에서는 앞에서 마지막으로 언급한 다 조건 조명 효과 방법 중 하나인 Multifield™ 기술에 대해 자세히 살펴보도록 하자.

 

 

Multifield™ 기술은 CMOS TDI 16k 센서를 Dichroic filter로 코팅하여 RGB파장 별 이미지를 crosstalk 없이 얻을 수 있는 기술이다. 82mm TDI센서에 정밀하고 균일하게 dichroic 코팅을 하는 것은 매우 어려운 난이도의 제조 기술을 필요로 하고 있어서 이 기술은 다양한 공정 기술을 가지고 있는 Teledyne Dalsa사의 기술력으로 기술 상용화를 가능케 할 수 있었다.

 

간단한 용어 짚어보기

• Dichroic filter: 빛을 파장에 따라 선택적으로 통과시키는 광 필터
• TDI: Time Delay and Integration
• Crosstalk: 특정 밴드의 빛이 다른 밴드의 센서에 감광되어 해당 밴드 영상에서 잡음 형태로 간섭을 일으키는 현상

그렇다면 머신 비전 시스템에서 Multifield™ 기술을 어떻게 활용할 수 있을까? 대표적으로 Multi-field Imaging을 통해 세 가지 영상을 동시에 얻을 수 있고, Color Imaging을 통해 세 가지의 컬러 영상을 얻을 수 있다.

 

1) Multi-field Imaging

보통 비전시스템을 하나의 카메라로 구성하게 되면 한번 스캔할 때 한 가지 영상만 얻을 수 있는 반면 Multifield™ 기술을 사용하면 한 번 스캔으로 최대 3가지의 서로 다른 조명조건 영상을 복잡한 절차 없이 R, G, B로 각각 분리된 영상들을 얻을 수 있다는 것이 큰 장점이라고 할 수 있다.

• 최적화된 조명을 이용하여 타 채널에 의한 color crosstalk 최소화

멀티 필드 이미징을 사용할 때 color crosstalk이 발생한다고 가정해보자. Color crosstalk가 발생한다면 각 채널 별로 원하는 이미지 이외의 다른 조명에 의한 이미지도 함께 들어오기 때문에 이미지 contrast가 떨어지는 현상이 발생할 것이다. 이 때 Multifield™ 기술을 적용한 카메라에 적합한 파장의 조명을 사용하면 color crosstalk을 최소화하고, 광량도 최대한 확보 가능하다. Bright field, Dark field, Back light의 세 가지 완전히 다른 조명을 사용할 수도 있고, 반사 조명 각도가 각각 다른 3가지 조명을 사용하여 한 번 스캔으로 다양한 불량을 검출할 수 있다.  

 

• 밴드 분리 파장에 맞게 설계된 렌즈

Multifield™ 기술을 이용하여 모든 채널에서 제대로 포커스 된 이미지를 얻기 위해서는 파장 색수차(longitudinal, lateral color aberration)를  보정한 렌즈도 함께 사용해야 한다. 이렇게 되면 동시에 획득된 영상을 카메라 단에서 3개의 band로 구분하여 각 조명 조건에 따른 독립적 영상을 확보하여 다양한 검사가 가능하다.

색수차를 완벽 제어한  MF3  전용  Apo-Chromatic  렌즈

2) Color Imaging

Multifield™ 기술의 또 하나의 쓰임새는 컬러 카메라로도 활용 가능하다는 점이다. Multifield™ 기술을 적용한 카메라는 기본적으로 RGB 파장대의 영상을 취득하기 때문에 16k TDI 컬러 카메라로 사용할 수 있다. 밴드 분리를 위한 dichroic coating으로 인해 일반 color filter를 사용한 카메라와 다른 color responsivity를 가진 컬러 카메라로 사용할 수 있다. Dichroic coating 처리된 prism을 사용하는 3-CCD / 3-CMOS와 유사한 컬러 성능을 보인다. 

 

RGB Color vs MF3 Color Imaing

 

위의 이미지는 일반 컬러 카메라와 Multifield™ 기술을 적용한 카메라의 컬러 테스트 이미지다. Yellow와 Green 영역의 히스토그램을 보면 R, G, B별로 crosstalk이 확연히 차이 나는것을 볼 수 있고, 특히 2가지 색이 섞이는 지점에서는 Multifield™ 기술에서 불필요한 타 색깔의 간섭이 없는 것을 확인할 수 있다. 이는 실제 타겟의 색상이 조금만 변화하더라도 Multifield™ 기술을 적용한 카메라에서는 RGB 컬러 비율의 차이가 발생하는 것을 의미한다 즉, 기존 컬러 라인 스캔 카메라에서 보지 못했던 특정 컬러 간 차이들을 명확히 구분할 수 있다.

일반 color Line scan vs MF3 이미지 비교

이렇게 Multifield™ 기술을 멀티필드 이미징으로 이용한다면 디스플레이나 배터리 등의 표면 외관 검사에서 다양하게 활용할 수 있다. Multifield™ 기술를 컬러 이미징으로 사용한다면 적은 색변화에도 더 민감하게 반응할 수 있기 때문에 컬러를 이용한 PCB 등의 얼룩, 이물, 불량 검사에 활용할 수 있다는 장점을 갖고 있다.

 

Multifield ™  기술 소개 유튜브 5분 영상입니다.  (클릭하면 넘어갑니다)

 

 

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